Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Производство пластиков. Часть 10

Аббревиатура PBA будет использоваться для описания физических вспенивающих агентов, не относящихся к SCF, а SCF будет использоваться для описания физического вспенивающего агента, который специально используется в сверхкритическом жидком состоянии. С середины 1990-х годов было разработано и внедрено несколько технологий микросотовой обработки. Большинство методов основаны на оригинальной работе и теориях, разработанных в американских и европейских лабораториях. Например, процесс MuCell, разработанный группой американских ученых, стал первой коммерческой технологией в этой сфере. На сегодняшний день процесс MuCell имеет наибольший коммерческий успех, поэтому пользователи могут получать дополнительную информацию. Однако также обсуждаются другие процессы микропористого вспенивания, основанные на использовании SCF. Точное определение термина «микроклеточный» несколько изменилось, при этом более ранние исследования были ориентированы на размер клеток 5-20 микрон. В промышленности стандарт размера «микроклеточных» ячеек обычно принят как структура ячеек с размером менее 100 микрон. Нынешние технологии микросотовой обработки начались с работы, проделанной в Массачусетском технологическом институте, связанной с программой обработки полимеров MIT-Industry.

Первоначальная работа, инициированная по запросу Eastman Kodak, преследовала цель разработки процесса, который мог бы сократить использование материалов без потери свойств и сохранить или повысить эффективность производства. Было сочтено, что если пена была разработана с чрезвычайно маленьким размером ячеек и равномерным распределением, то потеря механических свойств должна быть очень незначительной. Разработанный метод был основан на смешивании инертного газа, который находился под давлением до состояния SCF, в однофазный раствор с полимером. Состояние SCF обеспечивает жидкости повышенную диффузию и растворимость. После того, как SCF находится в растворе, происходит быстрое падение давления, что приводит к появлению множества центров зародышеобразования, каждое из которых притягивает молекулы газа. Клетки растут, поскольку молекулы газа мигрируют к местам зарождения. Клетки перестают расти, когда полимер остывает настолько, что его прочность при плавлении прекращает дальнейшее расширение. Избыточный газ уходит из полимера в течение нескольких часов, оставляя основной полимер неизменным. Этот метод дает пену с размером ячеек в диапазоне 5-10 микрон.

Обладая исключительными правами на патенты Массачусетского технологического института, компания Trexel назвала технологию MuCell. Экструзионная часть бизнеса Trexel была приобретена компанией Zotefoams в марте 2011 года и до сих пор известна как MuCell Extrusions. В 1998 году были добавлены возможности литья под давлением, при этом первоначальными целевыми областями применения были технические детали с толщиной стенок менее 4 мм. Компания Trexel получила множество американских и международных патентов на технологию и оборудование. Как уже отмечалось, обработка пенопласта существовала практически с самого начала переработки пластмасс. CFA долгое время использовались в качестве источника пенообразующих газов, при этом пенообразователь смешивался с материалом, как правило, в бункере. По мере продвижения материала в цилиндре температура повышается, в конечном итоге достигая температуры разложения CFA, где одним из побочных продуктов является желаемый газ (N2 или CO2). Используется несколько различных химикатов, выбор которых основан на выборе газа и требуемой температуре разложения. Термическое разложение может быть экзотермическим, обычно с образованием N2, или эндотермическим, с образованием CO2. Азодикарбонамид – это обычно используемый экзотермический CFA. Есть много эндотермических CFA, включая бикарбонат натрия. Также добавляются зародышеобразователи для облегчения развития клеток.

Пока происходит вспенивание, этот тип процесса имеет тенденцию к гетерогенному зародышеобразованию с ограниченным числом участков. Размер ячеек обычно составляет от 250 микрон до 1 мм. Основным преимуществом вспенивания на основе CFA является более низкая стоимость необходимого оборудования. Основными недостатками являются более крупные и неоднородные размеры ячеек, обычно более высокая стоимость в долгосрочной перспективе и остаточные химические побочные продукты, наблюдаемые в основном продукте. Последняя проблема, связанная с остаточными химическими веществами, является основной причиной, по которой следует проявлять осторожность при выборе CFA, поскольку могут возникнуть проблемы совместимости, связанные с взаимодействием остаточных химикатов с полимером или с пакетами присадок, обычно используемых с пластиками. За прошедшие годы было разработано множество CFA в попытках добавить более широкий выбор диапазонов рабочих температур и более контролируемый выброс газа, а также совместимость со многими различными типами пластмасс. CFA были использованы для изготовления вспененных деталей на обычных машинах для литья под давлением или с использованием закрытой пресс-формы без каких-либо других модификаций машины. Иногда добавляется очень небольшое количество CFA, чтобы минимизировать или исключить проседание.